خواص مواد و تست های مخرب

در دنیای امروز هزاران نوع از فلزات در خدمت صنایع ساخته می باشد که در دو نوع مواد اصلی و مواد پرکننده (filler) قابل دسترسی است. از این نوع انتخاب، مهندسان مواد و طراحان قادرند تا بهترین و مناسب ترین نوع فلز را برای کار خود بر گزینند. این مواد نه تنها در ساختار خود با یکدیگر فرق می کنند، بلکه در نوع روش که تولید شده اند نیز با یکدیگر متفاوت اند. در کشور ایالت متحده، سازمان های مختلفی است که این استانداردها را نگه داری می نمایند، مثل ASTM، ASME و AWS. به علاوه استانداردهای مواد مختلفی از کشورهای دیگری مثل ژاپن و کشورهای اروپایی موجود می باشد. یکی از وظایف بازرسی جوش، بررسی مطالبی راجع به خواص واقعی مواد و مواد پرکننده می باشد. هدف این بخش توضیح برخی از این خواص شیمیایی و مکانیکی است تا آن جایی که به بازرس جوش مربوط می گردد. برای اکثر قطعات، بازرس بایستی اطلاعات اضافی را راجع به این خواص مواد داشته باشد. این اطلاعات اضافه می تواند به جلوگیری از برخی مشکلاتی که ممکن است در حین فرآیند جوشکاری پیش آید کمک نماید. از آنجایی که آرایش متالورژیکی فلز خواص آن فلز را تعریف می کند، نشان می دهد که تغییرات متالورژیکی مختلف یک قطعه چگونه می تواند باعث تغییر در خواص ماده گردد. بسته به خواص مکانیکی و شیمیایی مواد، تکنیک های ساخت مخصوص و ویژه ای، جهت جلوگیری از خفیف شدن برخی خصوصیات ماده لازم می باشد. پیش گرم کردن و سپس گرم کردن مواردی هستند. که گاهی برای نگه داشتن برخی خصوصیات ماده به کار می روند. برای فولاد کوئنچ شده و تمپر شده، از بازرس انتظار می رود تا میزان گرمای اولیه داده شده به فلز را برای جلوگیری از تغییر در خواص ماده در اثر بالا رفتن بیش از حد دمای قطعه بررسی و کنترل نماید. در این مثال ها، وظیفه بازرس شامل دانستن خواص کلی ماده نمی باشد. به هر حال بررسی اساسی و موثر، می تواند از بروز مشکلاتی که به وسیله تغییر در خواص مورد انتظار ماده به وجود می آید مثل گرمای زیاد و بیش از حد و دمای بسیار پایین، جلوگیری نماید.

 خواص مکانیکی مواد:

برخی از مهمترین خواص مکانیکی مواد اکنون بررسی خواهد شد. این مبحث به بررسی پنج دسته از خواص مواد محدود می گردد. 1- استقامت 2-چکش خواری. 3- سختی. 4- چقرمگی . 5- استحکام خستگی.

استقامت: استحکام یا استقامت به این شکل تعریف می گردد « توانایی مقاومت ماده در مقابل بارگذاری به کار رفته». انواع زیادی از مقاومت وجود دارد که هر یک وابسته به این می باشند که بارگذاری به کار رفته چگونه می باشد. مقاومت کششی استحکام برشی، استحکام پیچشی. استحکام ضربه ای و استحکام خستگی. استحکام کششی یک فلز میزان مقاومت ماده در مقابل شکست هنگامی که تحت کشش یا فشار قرار گرفته است می باشد. از آنجایی که مواد بیشتر تحت بارهای عمودی قرار می گیرند، این نوع خاصیت ماده مهمترین خاصیتی است که از ماده انتظار می رود. هنگامی که مشخصات یک ماده معلوم و آزمایش شد، استحکام کششی به دو نوع مختلف بیان می شود. یکی بر اساس استحکام نهایی و دیگری به معنای استحکام تسلیم. هر دوی آنها به جنبه های مختلف رفتاری مواد بر می گردند. مقاومت نهایی کششی (UTS) (گاهی برای سادگی با نام استحکام کششی نیز نامیده می شود) به میزان ماگزیمم باری گفته می شود که توسط قطعه تحمل می شود و یا نقطه ای که استحکام ماده حین شکست از خود نشان می دهد. برای توضیح دادن استحکام تسلیم، ابتدا بایستی فهمید که معنای رفتار الاستیستیه مواد چه می باشد. رفتار الاستیک مواد به میزان جا به جایی یک فلز بدون تغییرات همیشگی در آن بعد از برداشتن بار بر می گردد. رفتار الاستیکی مواد را می توان با یک مثال آشنا بررسی کرد. باند لاستیکی یکی از مواد الاستیکی است. این ماده هنگامی که تحت بار قرار می گیرد کش می آید و هنگامی که بار برداشته می شود به شکل اولیه خود باز می گردد. هنگامی که فلزی در محدودۀ الاستیک خود بارگذاری می شود، با تعدادی کش آمدن یا به عبارتی تغییر شکل مواجه می گردد. در این محدوده الاستیک، میزان تغییر شکل با بار به کار رفته متناسب می باشد، بنابراین رفتار الاستیکی مواد خطی می باشد. وقتی که یک ماده از خود رفتار الاستیکی نشان می دهد، می تواند در حین بارگذاری به یک نقطه ای برسد و هنگامی که بار برداشته شد به میزان اولیه خود باز گردد. این تغییر شکل یا تغییر طول همیشگی نمی باشد.

 اگر ماده ای تحت تنشی بیشتر از میزان الاستیک خود قرار گیرد، دیگر از خود رفتار الاستیکی نشان نمی دهد. اکنون دیگر این رفتار، پلاستیک نامیده می شود که یعنی تغییر شکل ایجاد شده همیشگی است. همچنین معنی دیگر آن این است که دیگر روابط تنش – کرنش خطی نیست. هنگامی که تغییر شکل پلاستیک روی می دهد. پس از باربرداری از روی قطعه دیگر به میزان واقعی خود باز نمی گردد.

نقطه ای که در آن رفتار ماده از الاستیک به پلاستیک بر می گردد به عنوان نقطه تسلیم معروف است. استحکام تسلیم، میزان مقاومتی از ماده است که در آن رفتار ماده از الاستیک به پلاستیک باز می گردد. این میزان، بسیار مهم می باشد زیرا بسیاری از طراحان از این مقدار برای طراحی بیشترین بار به کار رفته در یک سازه استفاده می کنند. این بسیار مهمم است زیرا ممکن است سازه در اثر تغییر شکل همیشگی بدون مصرف گردد. هر دو مقاومت کششی نهایی و مقاومت تسلیم به طور معمول توسط آزمون کشش شناخته می گردد. میزان بار در هر سطح مقطع از قطعه به عنوان تنش که دارای واحد پوند بر اینچ مربع می باشد، شناخته می گردد. قطعه تا حد شکست بارگذاری می گردد و در این هنگام می توان میزان تحمل بار بر حسب پوند بر اینچ مربع یا (psi) را تعیین نمود. مثال زیر نشان می دهد که این روابط چگونه در یک ماده به کار می روند: استحکام کششی در آزمون کشش 60000 psi می باشد. میزان باری که این قطعه می تواند تحمل کند حاصل ضرب 60000 در سطح مقطع قطعه می باشد. وقتی که طراح از میزان استحکام کششی یک ماده مشخص، با اطلاع باشد، قادر است تعیین کند که چه میزان از سطح مقطع ماده برای تحمل بار داده شده مطلوب است. آزمون کشش یک اندازه مستقیم از استحکام ماده به دست می دهد. همچنین ممکن است تا یک اندازۀ غیر مستقیم از استحکام با استفاده از تست سختی بدست آورد. برای فولاد کربنی، یک رابطه مستقیم بین استحکام کششی و سختی وجود دارد. و آن این است که اگر سختی افزایش یابد میزان استحکام کششی آن نیز بالا می رود و بر عکس هنوز هم آزمون کشش یک میزان واقعی از استحکام کششی را به دست می دهد. اما راحت تر است که با اندازه گیری تست سختی به میزان تقریبی استحکام کششی دست یافت. این شرایط، وقتی تغییر می نمایند می توانند خواص مکانیکی ماده را عوض کنند اگر چه ممکن است ماده دارای ساختار شیمیایی مشابهی باشد. دمای ماده نیز تاثیر به سزایی بر روی استحکام دارد. هر چه دما افزایش یابد، استحکام ماده کاهش می یابد. هر چه دمای بارگذاری ماده بیشتر شود، طراح بایستی توجه داشته باشد که تاثیر دما بر روی مقاومت قطعه چگونه است. دما همچنین بر روی ضربه پذیری قطعه مهم است. موضوعی که در ادامه مورد بحث قرار می گیرد.

ضربه پذیری: ضربه پذیری میزان توانایی ماده در مقابل تغییر شکل یا کش آمدن، تحت بار بدون شکست می باشد. هر چه ماده ضربه پذیرتر باشد، می تواند به میزان بیشتری قبل از شکست کش آید. ضربه پذیری یکی از مهمترین خواص یک فلز است زیرا می تواند تعیین کند که آیا ماده به طور ناگهانی می شکند و یا به تدریج دچار شکست می گردد.

اگر فلزی از خود ضربه پذیری زیادی نشان دهد، به آرامی دچار شکست می گردد. فلز چکش خوار قبل از شکست خم خواهد شد که نشان دهنده این است که نقطه تسلیم فلز مقداری افزایش یافته است. موادی که ضربه پذیری کمی دارند به طور ناگهانی می شکنند و بدون این که هیچ اخطاری بدهند. ضربه پذیری یک فلز رابطه مستقیمی با دما دارد. هر چه دما افزایش یابد، ضربه پذیری فولاد نیز بیشتر می گردد و هر چه دما کاهش یابد ضربه پذیری کمتر می گردد. ممکن است یک فلز در دمای اتاق رفتار ضربه پذیری از خود نشان دهد ولی همان فلز در زیر صفر، رفتاری شکننده دارد. موادی که دارای ضربه پذیری زیادی می باشند به عنوان مواد لاکتیل شناسایی می گردند و وقتی که فلزی ضربه پذیر نمی باشد به عنوان فلز ترد شناخته می گردد. مواد ترد تعداد بسیار کمی تغییر طول دارند و یا اصلاً دارای تغییر فرم نمی باشند. شیشه مثال خوبی برای معرفی این دسته مواد می باشد. از جمله دیگر مواد ترد می توان به چدن اشاره کرد. مخصوصاً چدن سفید، تفاوت های مواد ترد و مواد ضربه پذیر درست در مقابل یکدیگر قرار دارند.

 مثال واضحی از این پدیده می تواند سفت کردن سیم های فولادی که از آنها برای ساخت پل های کابلی استفاده می گردد، باشد به دلیل این که ساختن بسیار دقیق آنها ممکن نمی باشد مجبوریم تا از مواد ضربه پذیر و لاکتیل استفاده نماییم. وقتی که پل تحت بارگذاری قرار می گیرد. این کابلها به سرعت تحت بار قرار گرفته و سپس بار در همه کابلها پخش می گردد.

 ضربه پذیری یکی از خاصیت های بسیار مهم یک فلز می باشد که بایستی قابلیت فرم دهی را داشته باشد. برای مثال فلزی که در بدنه یک اتومبیل به کار می رود بایستی دارای این قابلیت باشد تا بتوان آن را به راحتی به شکلهای مختلف در آورد. یکی از جنبه های مهمی که با ضربه پذیری در ارتباط می باشد و همچنین با مقاومت نیز مرتبط است، تفاوت در میزان اندازه در مقابل جهتی است که بارگذاری انجام می گیرد البته با در نظر گرفتن جهت نورد فلز حین فرآیند ساخت مواد یا فلزات نورد شده دارای خواص مختلفی در جهات گوناگون می باشند. نورد باعث می شود که دانه ها یا کریستالها در جهت نورد دارای تغییر طول بیشتری گردند تا اینکه لانه ها در جهت های مخالف کشیده شوند. نتیجه این است که میزان استحکام ماده در جهت نورد دارای مقدار بیشتری از جهات دیگر می باشد. در جهت های مخالف دیگر ممکن است تا استحکام ماده در حدود 30% کاهش یابد و همچنین ضربه پذیری تا 50% کم شود. در جهت ضخامت قطعه یا ورق استحکام و ضربه پذیری نیز کم است. برای برخی فولادها، ضربه پذیری در این جهت خیلی پایین می باشد. هر سه این جهات گفته شده در بالا با حرفی برای مشخص شدن نشان داده می گردند. جهت نورد را با حرف x نمایش می دهیم. جهت معکوس آن را با y نمایش می دهیم. و z بیان گر جهت ضخامت قطعه می باشد. ممکن است شما تا کنون ملاحظه کرده باشید که یک ورق جوش داده شده تحت آزمایش چگونه برای بررسی میزان توانایی های جوشکار به کار گرفته می شود. این امر نتیجه این است که جهت نورد ورق با محور جوش موازی است. اگر چه ممکن است ورق خواص بسیار خوبی را در جهت نورد نمایش دهد اما ممکن است بارگذاری در هر یک از جهات دیگر باعث شکست زودرس گردد. ضربه پذیری ماده یا فلز به طور معمول توسط آزمایش کشش، هنگامی که استحکام ماده اندازه گیری شده مشخص می گردد. ضربه پذیری، معمولاً به دو طریق نمایش داده می شود. درصد تغییر طول و درصد تغییر مساحت قطعه.

  سختی: سختی یکی از خواص مکانیکی است که معمولاً و به آسانی اندازه گیری می شود و به صورت مقاومت ماده در مقابل نفوذ یک شی یا در مقابل دندانه شدن تعریف می گردد. قبلاً گفته شد که سختی و استحکام به صورت مستقیم با کربن موجود در فولاد در ارتباطند. سختی با افزایش استحکام کششی بیشتر می گردد و بر عکس بنابراین اگر میزان سختی یک فلز معلوم باشد، قادریم تا میزان استحکام کششی آن را تخمین بزنیم. مخصوصاً برای فولادهای کربنی و فولادهای کم آلیاژی این امر بسیار در تخمین میزان استحکام یک فلز بدون آماده کردن و انجام دادن تست کشش مفید و موثر می باشد. سختی یک فلز را می توان به طرق مختلفی تخمین زد. به هر حال، روشهای مرسوم شامل به کارگیری یک نافذ است که با یک نیروی خاص بر روی سطح یک فلز کشیده می شود. گوناگونی و اختلاف در روشهای موجود این است که آنها در نوع نافذ به کار رفته و میزان نیروی به کار رفته تفاوت دارند. سختی فلز به عنوان تابعی از عمق و اندازه نافذ به کار رفته بیان می گردد.

 از میان تعداد زیاد آزمایشهای موجود، قادریم تا میزان سختی مساحت زیادی از سطح مواد و قطعات و یا سختی دانه های یک فلز را تعیین نماییم.

  چقرمگی: خاصیت مکانیکی بعدی که بررسی می گردد چقرمگی است. در کل، چقرمگی میزان توانایی یک ماده در جذب انرژی است. از نمودار تنش – کرنش، چقرمگی یک جسم را از محاسبه مساحت زیر سطح تنش – کرنش می توان بدست آورد. Monel بسیار چقرمه تر از فولاد کربن متوسط است به دلیل این که مساحت زیر فخر آن بیشتر است. مورد مرسوم دیگر چقرمگی شیار است. این تغییر در چقرمگی به توانایی جذب انرژی یک ماده هنگامی که دارای یک سطح دارای شیار است بر می گردد. در حالیکه تا فنری یا چقرمگی میزان جذب انرژی با وجود یک سطح صاف و بدون شیار است. چقرمگی شیار نشان دهنده میزان تحمل یک قطعه حین بارگذاری با نرخ بالا می باشد. به همین دلیل چقرمگی شیار اغلب به استحکام ضربه بر می گردد. تفاوت بین این دو آزمایش با تجزیه و تحلیل شکست یک فلز بر روی می گردد. اگر یک بار ثابت به کار رود تا این که یک کشش ناگهانی به فلز اعمال کنیم به بار بیشتری احتیاج داریم. در هنگام توزیع چقرمگی یا چقرمگی شیار، ناحیه نشان داده بيان گر اين است كه قبل از شكست ماده چه تعداد انرژي جذب كرده است. فلزي كه چگالي كمي از خود نشان مي دهد با ايجاد تعداد كمي از تغيير شكل مي شكند يك فلز چقرمه تعداد بيشتري تغيير شكل تا لحظه شكست از خود نشان ميدهد. با توجه به بحث پيشين در مورد چكش خواري تفاوت بين فلزات با چقرمگي بالا و فلزات با چقرمگي پايين اين است كه فلزات با چقرمگي كم مواد تر مي باشند و فلزات چقرمه مواد نرم و چكش خوارند. مشابه بحث چكش خواري‏، چقرمگي يك فلز با دما تغيير مي كند در كل، هنگامي كه دما كاهش يافت‏ چقرمگي فلز هم متناسب با آن كم مي شود نتيجتا خواص چقرمگي يك فلز به عنوان تابعي از دما مي باشد. بدون اطلاع داشتن از دماي انجام آزمايش چقرمگي ميزان عديد تا ننس معناي كوچكي دارد. به دليل وجود شيار و برخي ديگر از موادي كه تمركز تنش را در يك فلز بالا مي برد بررسي اثر شاير بر روي چقرمگي يكي از بحث هاي اصلي مي باشد. تعداد زيادي از فلزات مخصوصا فولادهاي برشي با استحكام بالا حساسيت بسيار زيادي به وجود سطوح تيز دارند. شكل 2-5 برخي از اشكالي را كه باعث ايجاد اثر شيار مي شوند را نشان مي دهد. اگر فلزي مقاومت زيادي را با وجود شيار در چقرمگي نشان دهد، بيان گر اين است كه كار كرد خوبي را با وجود و يا بدون شيار دارا مي باشد. بههر حال اگر فلز حساس به شيار باشد به معني اين است كه چقرمگي پاييني دراد و با راحتي در مقابل ضربه و يا بارهاي مكرر تسليم مي شود. به صورت كلي‏، چقرمگي يك فلز با افزايش سختي و كاهش دما كم مي شود. در انجام دادن آزمايش براي چقرمگي يك فلز، يكي از كوشش ها همواره اين بوده است كه دمايي را كه در آن فلز از شكست تر و به شكست نرم تبديل مي شود، تعيين گردد.

  اين دما بعنوان دماي تبديل فلز ناميده مي شود. انواع مختلفي از آزمايش ها براي تعيين چقرمگي يك فلز موجود مي باشد. به هر حال آنها از چگونگي شيار و بار اعمال شده با يكديگر فرق دارند. اكثر آنان با اعمال بار ضربه اي رده هاي مختلف سنجيده مي گردند و شامل قسمت هاي چارپي‏، سقوط وزنه اي، nil – ductility، bulge انفجاري، شكست ديناميكي، Crop مي باشند.

 استحكام خستگي:

 آخرين مشخصه مكانيكي يك فلز، استحكام خستگي مي باشد. براي تعريف استحكام ابتدا بايستي بفهميم كه ممنظور از استحكام خستگي يك فلز چيست؟ خستگي فلز در اثر تكرار يك بار بر ريو يك قطعه ايجاد مي گردد و اين يعني اين كه بار به طور ممتناوب بين يك تعداد حداكثر و يك تعداد كمتر تكرار مي گردد. اين عمل مي تواند به سرعت انجام شود مانند گرايش يك موتور و يا آهسته انجام شود به طوري كه در طول چندين روز انجام گيرد. يك مثال براي شكست خستگي مي تواند خمش متناوب شفت يك موتور باشد. تا هنگامي كه شكست ظاهر گردد. اين نوع از شكست در اكثر مواقع تحت تنشي زير استحكام كششي رخ مي دهد. استحكام خستكي يك فلز به ميزان استحكام و مقاومت يك فلز در مقابل شكست در اثر با ربه كار رفته مي گويند. اطلاعات استحكام شكست خستگي بسيار مهم است، زيرا گستره بسيار وسيعي از شكست فلزات مروبط به خستگي مي باشد. داده هاي استحكام خستيگي اغلب در ارتباط با تعداد سيكلهاي لازم براي شكست بيان مي گردد. سيكلهاي موسوم يك ميليون يا ده ميليون روز مي باشد. استحكام تسليم مي تواند با انجام تست خستگي تعيين گردد و اين آزمايش به طرق مختلفي انجام مي پذيرد. در اغلب موارد با به كار بردن يان تنش كششي و سپس معكوس كردن آن در دور بعدي و اعمال تنش فشاري.اين نوع از آزمايش به خمش معكوس باز مي گردد هنگامي كه ماكزيمم تنش به كار رفته افزايش يابد. تعداد دورهاي لازم براي شكست كم مي شود. ارگ اين آزمايش را براي نطق تنش مختلفي انجام دهيم يك نمودار S-N توليد مي شود. در شكل 7-6 نشان داده شده است. دياگرام S-N يك توضيح نموداري از تعداد دورهاي لازم براي ايجاد شكست در سطوح مختلف تنش مي باشد. اين منحني ها نشان مي دهد كه فولاد داراي يك حد تسليم مي باشد ولي در مورد آلومينيم حد تسليمي نداريم. حد تسليم ماكزيمم تنشي است كه در آن هيچگونه شكستي رخ نخواهد داد. دياگرام نشان مي دهد كه سرانجام آلومينيم شكست مي خورد. حتي در سطوح تنش پايين به هر حال فولاد با اعمال تنشي زير اين تعداد براي هميشه سالم و مطمئن مي ماند. اغلب، استحكام خستگي ضربه، به ميزان بسيار زيايد به هندسه سطح قطعه وابسته مي باشد. وجود شيار و شكاف در سطح قطعه مي تواند تنش را تا حد تسليم آن بالا برد. با اعمال تعداد دورهاي كافي با خستگي در فلز ايجاد مي گردد. سطح پرداخت نيز اثر زيادي براي استحكام خستگي دارد. اين امر در شكل 9-6 نشان داده شده است. يكي از مفهومات اصلي در جوشكاري به استحكام تسليم فلز بر مي گردد. اين امر به خواص متالوژيكي فلز وابستگي ندارد. يكي از فاكتورهاي اساسي در جوشكاري وجود نقاط تيز از قطعه مي باشد. ناپيوستگي هاي سطحي جوش، مثل under cut و Dver lap درجه رقت زياد جود نيز مي توانند باعث ايجاد اثر زيادي بر روي استحكام تسليم گردند.

از آنجا كه شكست خستگي از ناپيوستگي هاي دروني جوش حاصل مي گردد، آنهايي كه بر روي سطح قرار دارند نقش مهمتري را ايفا مي كنند و اين به دليل اين است كه ناپيوستگي هاي سطحي سريع تر منجر به شكست خستيگ مي گردند. دليل اين است كه ميزان تنش بر روي سطح بيشتر از ميزان تنش در درون فلز مي باشد. به همين دليل بازرسي جوش با نظارت دقيق انجام آزمايش مناسب مي تواند نقش مهم را در جلوگيري از شكست ايفا كند. كشف و تصحيح نقاط تيز جوش، خستگي و شكست خستگي را به ميزان زيادي بهبود خواهد بخشيد. در بسياري از مواقع خستگي، يك جوش كوچك با كرده صاف بهتر از يك جوش بزرگ و گوشه هاي تيز جواب مي دهد.

 خواص شيميايي فلز:

 خواص مكانييك يك فلز مي تواند با كاربردهاي مخلتفي از عمليات حرارتي تغيير يابد. به هر حال تغييرات شديدي باتغيير در ساختار شيميايي رخ خواهد داد. از نقطه نظر جوشكاري يكي از بحث هاي اساسي مي تواند جوشكاري آلياژها يا مخلوطي از عناصر فلزي يا غير فلزي باشد. يكي از مرسوم ترين مثالها فولاد است كه تركيبي از آهن و كربن بعلاوه عناصر ديگري با مقادير مختلف مي باشد. علاوه بر خواص مكانيكي، ساختار شيميايي فلز نيز تاثير بسزايي بر مقاومت در مقابل خوردگي و جوش پذيري (سهولت در جوشكاري يك فلز) خواهد داشت.

 بنابراين يكي از وظايف بازرسي جوش بررسي ساختار شيميايي فلز با مقايسه آن از طريق وسايل مورد نياز مي باشد.

 گروه آلياژي:

 بازرسي جوش ممكن است با برخي از آلياژهاي فلزات مواجه گردد. آلياژ فلزات را مي توان در دسته هاي متفاوتي تقسيم بندي نمود. برخي از دسته بندي هاي متداول عبارت اند از: استيل، آلومينيوم، نيكل و مس. اين بحث در مورد آلياژهيا فولادها مي باشد. تقسيم بندي هاي بيشتر مي تواند به سه صورت زير باشد:

فولادهاي كم كربن

فولادهاي كم آلياژي

فولادهاي پر آلياژي

بر حسب تناژ، فولادهاي كربن استفاده وسيعي دارند. عنصر اصلي آنان آهن مي باشد همچنين داراي تعداد كمي كربن، منگنز، فسفر و گوگرد و سيليسيم مي باشند. ميزان درصد كربن تاثير زيايد بر خواص مكانيكي دارد. شكل 11-6 نشان دهنده ميزان كربن و تاثير آن بر برخي از فولادهاي كم كربن مي باشد. فولادهاي كم آلياژي شامل آلياژهاي ديگري با تعداد كم از قبيل نيكل، كروم و منگنز، سيليسيم و اناديم آلومينيم و موليبدن مي باشد. وجود اين عناصر به ميزان مختلف مي تواند باعث تغيير بسيار زيادي بر خواص مكانيكي گردد. فلزات كم آلياژي به دسته هاي فولادي كم آلياژي با استحكام بالا، فولادهاي استفاده شوند در ماشين و فولادهاي ابزاري، فولاد براي كاربرد در دماهاي پايين، و يا فولادهاي گرم كار تقسيم بندي گردد. بسياري از اين فولادهاي كم آلياژي بر طبق ساختار شيميايي خود تقسيم بندي مي گردند. اين امر در شكل 14-6 نشان داده شده است. اين دسته بندي، از موسسه آهن و چدن آمريكا (AISI) و انجمن مهندسين خودرو (SAE) و معمولا در ساخت فولاد انجام مي شود. آخرين دسته فولادها، فولادهاي پر آلياژي مي باشند. فولادهاي ضدزنگ و ديگر فولادهاي مقاوم در مقابل خوردگي مثال ديگري از اين گروه مي باشند. فولادهاي ضضد زنگ، حداقل 12% كرم دارند و داراي درصد قابل توجهي نيكل مي باشند. شكل 13-6 ساخترا برخي از گونه هاي فولاد ضدزنگ را نشان مي دهد كه به 5 گروه تقسيم مي گردند: آتسنيت، مارتنزيت، فريت و سخت سازي رسوبي و تركيب كردن دوتايي.

تاثير عناصر شيميايي بر فولاد:

بحث زير در مورد تاثير عناصر آلياژي بر خواص فولادها و جوش پذيري آنها مي باشد.

كربن:

به طور كلي مهم ترين عنصر در آلياژي كردن فولادهاست و ميزان آن تا 2% نيز بالا مي رود. (اگر چه فولادهاي با جوش پذيري بالا زير 15% كربن دارند. كربن حتي مي تواند به صورت نامحلول نيز در آهن موجود باشد و يا مي تواند به صورت كاربيد آهن (Fe3C) يافت شود. اقزايش تعداد كربن باعث بالا رفتن سختي و استحكام كششي مي گردد از طرف ديگر افزايش درصد كربن سبب كاهش جوش پذيري مي گردد.

گوگرد:

معمولا ناخالصي آن از ديگر عناصر آلياژي در فولادها بيشتر است. كوشش هاي زيادي براي حذف كردن آن هر فرآيند ساخت فولاد شده است. اگر ميزان آن به 0.05 درصد برسيد تمايل به افزايش ميزان و كاهش جوش پذيري را تسريع مي كند. افزاينده هاي آلياژي گوگرد يا (Free machining) سناخته مي گردد. آلياژهايي كه به سهولت ماشين كاري مي شوند در مواردي كه احتياج به جوشكاري دارند استفاده نمي گردند.

 فسفر:

به طور كلي يك ناخالصي نا خواسته در فولادها شناخته مي گردد. در اكثر فولادهاي كربني در حدود 0.04 درصد آن موجود مي باشد. در فولادهاي سخت شده ممكن است باعث ايجاد ترو مي گردد. در فولادهاي كم آلياژي با استحكام بالا تا 1/0 درصد نيز به فولاد افزوده مي شود تا هر دو خاصيت استحكام و مقاومت به خوردگي را بهبود بخشد.

سيليسيم:

معمولا فقط به ميزان 4/0% در فولادهاي نورد شده به عنوان اكسيد كننده به كار مي رود. 35/0% تا 05/1 % نيز معمولا وجود دارد. سيليسيم در آهن حل نمي گردد و تمايل به افزايش استحكام آن دارد. فلز جوش معمولا تا ميزان 5/0% سيليسيم به عنوان اكسيد كننده داراست. برخي از مواد پركننده تا حدود 1% سيليسيم براي افزايش اكسيداسيون و تميز كردن آلودگي ها دارا مي باشند. وقتي اين فلزات پركننده براي جوشكاري سطوح تميز استفاده مي گردند، استحكام فولاد تا ميزان زيايد افزايش مي يابد. نتيجه آن كاهش در چكش خواري و بنابراين افزاي شاحتمالي ترك خوردگي در برخي مواد مي باشد.

منگنز:

فولادها معمولا داراي حداقل 3/0 % منگنز مي باشند زيار سه رفتار خوب از خود نشان مي دهند.

1. كمك و تسريع به اكسيداسيون
   
2. جلوگيري از تشكيل سولفيد آهن
   
3. افزايش استحكام با افزايش سختي پذيري در يك فولاد.درصد تا 05/1% نيز در برخي از فولادهاي كربني يافت مي گردد.
   

كرم:

يك عنصر آلياژ قوي در فولاد هاست. به دو دليل اساسي به فولادها افزوده مي گردد.

1. به طور شديدي سختي پذيري فولاد را بالا مي برد.
   
2. باعث افزايش قابل توجه مقاومت خوردگي در شرايط اكسيداسيون مي گردد. وجود آن در برخي فولادها مي تواند باعث افزايش بيش از حد سختي ششده و باعث بروز ترك گردد. فولادهيا ضد زنگ تا حدود 12% گرم دارند.
   

موليبدن:

اين عنصر يك تشكيل دهنده قوي كاربيدي است و در فولادهاي آلياژي تا كمتر از 5/1% وجود دارد. براي افزايش سختي و استحكام دوره هاي بالاتر افزوده مي گردد. در فولادهاي ضدزنگ آستنتي جهت افزايش مقاومت به خوردگي و لب پريدگي افزوده مي گردد.

نيكل:

جهت افزايش سختي پذيري فولادها به آنها اضافه مي شود. در اين گونه موارد خاصيت خوبي از خود نشان مي دهد زيرا اغلب چقرمگي و چكش خواري را بهبود بخشيده و حتي سختي و استحكام را نيز بالا مي برد. نيكل در دما هاي پايين براي افزايش استحكام نيز افزوده مي گردد.

آلومينيم:

به ميزان بسيار كمي بعنوان اكسيد كننده افزوده مي گردد. همچنين به عنوان اصلاح كننده دانه ها براي افزايش تا فنس افزوده مي گردد. فولادهاي با آلومينيم متوسط داراي داه هاي بسيار ريز مي باشند.

واناديم:

افزايش واناديم منجر به افزايش سختي پذيري فولادها مي گردد. نقش بسزايي را در اين امر بازي مي كند به همين دليل به ميزان بسيار كمي افزوده مي شود. به ميزان بيشتر از 0.05% در حين عمليات حرارتي‏ تمايل به نزدشدن را افزايش مي دهد.

نئوبيم:

مثل واناديم‏، جهت افزايش سختي پذيري به فولادها افزوده مي گردد. به دليل تمايل به تركيب شدن با كربن، مي تواند باعث كاهش سختي پذيري نيز گردد. به فولادهاي ضد زنگ آستينتي جهت افزايش خواص جوش پذيري اضافه مي گردد. نئوبيم به اسم Cloumbium نيز شناخته مي گردد. گازهاي حل نشدني: هيدروژن (H2)، اكسيژن (O₂) و نيتروژن (N2) در فولادهاي مذاب حل نمي گردند و اگر درصد آنها كم نشود باعت تردشدن فولاد مي گردند در خالص سازي فولاد‏ تا ميزان ممكن درصد آنها را كاهش مي دهند. رسوب هاي اكتروري خاصي به عنوان گاز محافظ جهت جلوگيري از انحلال آنان در فلزات جوشكاري به كار مي رود.

آلياژهاي آلومينيم:

شايد وسيع ترين آلياژهاي غير آهني استفاده شونده در صنعت، امروزه آلياژهاي آلومينيم باشند. در دو نوع ريخته گري شده و كار شده (نورد شده) موجود مي باشند.

عموماَ‌اين گروه آلياژي جوش پذيري خوبي دارند. آلومينيم براي كاربردهايي كه به استحكام بالا، سبك وزني، هدايت حرارتي و رسانايي بالا و مقاومت عالي در مقابل خوردگي مناسب مي باشد. آلومينيم خالص تجاري در حالت ريخته گري شده و آنيل شده مقاومت كششي حدوداَ 1/5 برابر فولاد را داراست. كارسرد، استحكام آن را شديداَ بالا مي برد. همچنان كه افزودن عناصر آلياژ نيز اين كار را انجام مي دهد. آلياژهاي همراه با مس، سيلسيم و يا روي به آن اجازه مي دهند تا به وسيله عمليات حرارتي، استحكام آن را بالا برد.در برخي مواد استحكام آن تا جايي بالا مي رود كه با فولاد مقايسه مي شود. آلياژهاي آلومينيم را در دو دسته مي توان جاي داد: عمليات حرارتي پذير و غير عمليات حرارتي پذير نوع عمليات حرارتي شونده سختي و استحكام خود را از روش به اسم سختي سازي رسوبي مي گيرند. نوع غير عمليات حرارتي شونده، سختي و استحكام خود را به وسيله افزودن برخي عناصر آلياژ و يا كار سرد به دست مي آورند. شكل 14-6 طبقه بندي و نام گذاري آلياژهاي آلومينيم را همراه آلياژهاي مهم آنان نشان مي دهد. براي مشخص كردن شرايط و انواع مختلف آلياژهاي آلومينيم يك پسوند به آنها اضافه مي گردد. اين نوع از نام گذاري در شكل 15-6 آورده شده است.

آلياژهاي نيكل:

نيكل يك فلز چقرمه و نقره اي رنگ و با چگالي حدوداَ‌ برابر مس مي باشد. مقاومت بسيار خوبي در مقابل خوردگي و اكسيداسيون، حتي در ده هاي بالا دارد. نيكل با بسياري از مواد مخصوصاَ آهن به عنوان عنصر آلياژي استفاده مي گردد. همچنين در كرم و مس نيز استفاده مي شود. بسياري از آلياژهاي گرم كار و مقاوم ودر مقابل خوردگي 75-60% نيكل دارند. اين امر باعث ظهور آلياژهايي مثل monel 400، inconel 600 و Hast allog c-276 شده است. روش جوشكاري آنان مشابه روشي است كه براي فولادها استفاده مي گردد و تمام روشهاي جوشكاري را نيز مي توان براي آنها به كاربرد.

آلياژهاي مس:

مس بهترين فلز شناخته شده در رسانايي مي باشد و به همين لديل است كه در صنعت الكتريسته كاربرد زيادي يافته است. به ميزان 3 برابر چگال تراز آلومينيم است و رسانايي گرمايي و الكتريكي حدوداَ‌ 1-1/2 جوابه آن دارد. مس مقاومت به اكسيداسيون در دماي كمتر از 400F در آبهاي شيرين و شور دارد. به هر حال مس با گوگرد واكنش داده و توليد سولفيد مس مي نمايد. مس و آلياژهاي مس به طور وسيعي در لوله هاي مسي، شيرها و آب بند كردن، مبدلهاي حرارتي و تجهيزات شيميايي به كار مي روند. آلياژهاي مس را مي توان به هشت گروه اصلي تقسيم كرد. 1- مس، 2- آلياژهاي مس با درصد زيادي از آلياژها. 3- برنج (cu-zn) 4-برنز (cu-zn) 5- مس – نيكل 6- آلياژهاي مس- نيكل و روي. 7- مس – سرب. 8- آلياژهاي مخصوص. اگر چه اكثر آلياژهاي مس قابل جوشكاري كردن مي باشند، اما هدايت حرارتي بالاي آنان باعث بروز برخي مشكلات گرديده است. اين فاكتور باعث مي شود تا هنگام جوشكاري تمركز حرارتي از بين رفته و شكل ايجاد گردد. اكسيداسيون شديد سطح نيز سختي ها و مشكلاتي را ايجاد مي كند و تميز كردن سطح نيز كار لازمي است. به هر حال، اين آلياژها، با استفاده از پروسه هاي گوناگون جوشكاري و لحيم كاري اتصال داده مي شوند.

تست هاي مخرب:

گفته شد كه خواص فلز امر بسيار مهمي در جوش پذيري يك فولاد يا فلز تلقي مي شود. و لازم است كه مقادير اين خواص به صورت دقيق تعيين گردد. زيرا طراح قادر است تا مقدار مشخصي را براي هر يك از خواص قرار داده و به صورت كاملاَ معلومي قادر است تا ماده مطلوب را با خواص خواسته شده به كار برد. آزمايشهاي زيادي براي تعيين خواص مكانيكي و شيميايي گوناگون فلزات ايجاد شده است. اگر چه بعضي از اين آزمايشها، مقادير بيشتري از خواص را به ما مي دهند ولي اكثر شان طوري طراحي شده اند كه فقط يك خاصيت را به ما مي دهد. ممكن است لازم باشد تا آزمايشهاي متفاوت و گوناگوني را براي اطلاعات خواسته شده انجام داد. مهم است كه بازرس جوش با هر يك از اين آزمايشها آشنا باشد. بازرس بايستي بداند كه چه موقع آزمايش به كار مي رود و چه نتايجي را به ما مي دهد و در صورت مقبول بودن آزمايش با مشخصه ها چه تصميماتي بايستي گرفته شود. مفيد است كه بازرس روشهاي استفاده شده در اين آزمايشها را حتي اگر در تعيين و انجام آنها دخالتي ندارد، بفهمد. روشها به دو دسته مختلف تقسيم مي گردند: مخرب و غير مخرب . آزمايشهاي مخرب وقتي به روي يك قطعه انجام مي گردد ديگر قطعه يا ماده بدون استفاده مي گردد. اين آزمايشها مشخص كننده رفتار ماده در حين بارگذاري تا لحظه شكست مي باشند. تست هاي غير مخرب به قطعه يا ماده آسيبي نمي رساند و در بخش 10 توضيح داده خواهد شد در ميان اين بحث در مورد آزمايشهاي مخرب مشخص استفاده شده در تعيين خواص جوش و فلز پايه هيچ تذكري داده نخواهد شد و نحوة انجام آزمايش تغيير خاصي را ارائه نخواهد كرد.

مواردي در حين انجام آزمايش وجود دارد كه فلز جوش يا فلز پايه را در موارد خاص آزمايش مي كند. امام مكانيك فرآيند آزمايش تغييرات بسيار كمي دارد.

آزمون كشش:

اولين خاصيت ماده كه در قبل توضيح داده شد استحكام بود. بنابراين اولين قسمت مخرب آزمون كشش خواهد بود. اين آزمايش اطلاعات بسيار زيادي را از ماده به ما مي دهد. برخي از اطلاعاتي را كه مي توان با استفاده از اين آزمايش به دست آورد عبارت اند از:

1. استحكام تسليم نهايي
   
2. استحكام تسليم
   
3. چكش خواري
   
4. درصد تغيير طول
   
5. درصد كاهش سطح
   
6. حدود الاستيسيته
   
7. حد تناسب
   
8. حد الاستيك
   
9. تا فنس يا چقرمگي
   

برخي از مقادير عددي آزمايش را مي توان مستقيما از روي gauge خواند. بقه را مي توان با استفاده از تحليل نممودار تنش – كرنش كه از طريق آزمايش به دست آمده است تعيين نمود. مقدار چكش خواهري را با مقايسه كردن نمونه يا قبل و بعد از آزمايش به دست آورد. در صد تغيير ميزان درصد چكش خواري را تعيين مي نمايد وقتي آزمون كشش انجام مي گيرد يكي از جنبه هاي مهم آن تهيه كردن نمونه آزمون مي باشد. اگر ميزان دقت محيا كردن نمونه در اين آزمايش كم باشد به همان ميزان دقت نتايج به دست آمده كاهش مي يابد. حتي كمي شيار را خراش بر ريو قطعه باعث مي شود كه ميزان استحكام و چكش خواري قطعه به ميزان قابل توجهي كاهش يابد. بعضي مواقع تنها هدف از انجام آزمايش كششي براي قطعه جوشكاري شده اين است كه آيا ناحيه جوش كاري شده مقاومتي برابر با خود قطعه دارد يا خير؟ براي اين منظور فقط كافي است كه در وسط قطعه انتخاب شده يك جوش عرضه داده شود. دو قطعه از جسم نيز بايستي در دو طرف آن با اره بريده شود.

اما سطح اصلا به عمليات ديگري نياز ندارد. اما اغلب سطح قطعه مورد آزمايش سنگ زني مي گردد. اين طريق آزمايش مطابق با API1104 صورت مي گيرد. يك آزمايش كششي موفق آن است كه قطعه از ناحيه فلز پايه شكست بخورد وي ا اگر مقاومت فلز پايه از جوش بيشتر است قطعه در ناحيه جوشكاري شده دچار شكست گردد. در اغلب موارد، وقتي كه به انجام آزمون كشش احتياج داريم. مهم اين است كه به اعداد و ارقام درست و دقيق خصوصيات قطعه دست يابيم و نه فقط اين كه بخواهيم شكست در قطعه از ناحيه جوش انجام مي گيرد يا خير. براي انجام آزمون كشش و دستيابي به اعداد و ارقام دقيق قطعه را مطابق شكل 16-6 آماده مي كنيم جوري كه در ناحيه وسط قطعه داراي كاهش قطر باشد. اين ناحيه داراي قطر كمتر جهت تمركز دادن شكست داده مي شود. مگرنه قطعه تمال دارد كه از ناحيه شكاف هاي دو سر آن بشكند و اندازه گيري هاي بعد را مشكل سازد. بنابراين اين كاهش در قطعه منجر به يكنواختي تنش به وجود آمده در قطعه مي گردد كاهش در قطعه بايستي منجر به سه مشخصه زير گرد تا مطمئن شويم كه آزمايش درستي انجام داده ايم.

1. كل طول مقطع كاهش يافته بايستي يكنواخت باشد.
   
2. مقطع كاهش يافته بايستي داراي شكلي باشد كه به راحتي اندازه گيري گردد تا به راحتي بتوان مساحت مقطع آن را بدست آورد.
   
3. سطح مقطع بايستي خالي از ناهمگوني ها باشد. مخصوصا شيار و خراش هاي كه عمود بر مقطع كششي اند.
   

به همين دليل هر چه مكانيك قطعه آزمايش شده بهتر باشد نتيجه بهتر است و سطح مقطع آن مي تواند دايره اي يا مستطيلي باشد هر دو به راحتي اندازه گيري و مهيا مي گردند. بازرس جوش ممكن است به راحتي بتواند از سطح مقطع قطعه را به دست آورد.

مثالهاي 1 و 2 نشان مي دهند كه چگونه اي محاسبات را بريا سطح مقطع هاي مرسوم بدست آوريم.

مثال 1: مساحت يك سطح مقطع دايره اي

= قطر نمونه

= مساحت

= شعاع نمونه

= مساحت

و يا مي توان مساحت را مستقيما محاسبه نمود.

= مساحت

مثال 2: مساحت يك سطح مقطع مستطيلي شكل

= پهناي اندازه گيري شده

= ضخامت اندازه گيري شده

= مساحت

تعداد واقعي سطح مقطع نمونه آزمايش شده بسيار مهم است زيرا اين عدد قرار است در محاسبه تعداد دقيق استحكام كششي به كار رود. اين استحكام را مي توان از تقسيم بار بر سطح مقطع نمونه به دست آورد. مثال مهم 3 نشان دهنده محسابات انجام شده براي سطح مقطع دايره اين شكل مثال 1 است.

مثال 3:

نيرو = 12500lb تا شكست قطعه

مثال قبل نشان دهنده محاسبات انجام شده براي يك قطعه نمونه و استاندارد بود. اين سطح قطعه دقيقا مي باشد. محاسبات به اين گونه راحت تر است زيرا تقسيم يك عدد بر 2/0 ماننده اين است كه آن عدد را در 5 ضرب كرده ايم بنابراين اگر يك قطعه استاندارد استفاده گردد انجام محاسبات بسيار راحت تر مي باشد. اين امر در مثال 4 نشان داده شده است.

مثال 4: محاسبه استحكام كششي

نتيجه اين محاسبات مشابه مثال 3 محاسبه شده است. استفاده از نمونه هاي استاندارد به وجود آمدن محاسبات پيشرفته رايج بود. در آن زمان، آسان تر اين بود كه قطعه نمونه را به دقت آماده كرده و جهت تعيين مقاومت‌ آن نيرو را بر يك سري اعداد تقسيم نمود. به هر حال، امروزه ما مي توانيم ميزان دقيق استحكام را بدون وابستگي به سطح مقطع تعيين نماييم. فرآيند ديگري كه بايستي قبل از انجام تست انجام دهيم شماره گذاري و درجه بندي دقيق gauge اندازه گيري طول است.

اين gauge هاي طولي معمولا با استفاده از دو نسبه كه با يك فاصله مشخص نسبت به هم قرار گرفته اند كار مي كند. مرسوم ترين gauge هاي طولي 8,2 اينچ مي باشند. بعد از آزمايش فاصله جديد بين اين دو نشان گر اندازه گيري مي شود و با فاصله اصلي قبلي مقايسه گريده تا درصد تغيير طول يا كشش را كه قطعه تا لحظه شكست از خود نشان داده شده تعيين گردد. درصد تغيير طول به ميزان كش آمدن يا تغيير فاصله بين دو نشان گر حين انجام آزمايش بر مي گردد. اين درصد به اين گونه محاسبه مي گردد كه تغيير طول حاصل شده به تعداد اصلي و اوليه طول تقسيم گرديده و نتيجه را در عدد 100 ضرب مي كنيم تا درصد تغيير طول حاصل گردد. يك مثال براي محاسبه تغيير طول در زير آمده است.

وقتي كه نمونه نرم را در تست كشش آزمايش مي كنيم، يك قسمت از آن گلويي مي شود كه نتيجه بارگذاري طولي قطعه مي باشد. اگر سطح قطعه نهايي اين قطعه گلويي شده را دوباره اندازه گيري نماييم، و مساحت سطح مقطع اوليه را نيز داشته باشيم و از هم كم نماييم و نتيجه را در 100 ضرب كرده و تقسيم بر سطح مقطع اوليه قطعه كنيم عدد بدست آمده نشان دهنده درصد كاهش سطح قطعه خواهد بود. در زير يك مثال از درصد تغيير سطح (RA) آمده است:

پس از اندازه گيري ها و نشانه گذاري هاي صحيح انجام شده قطعه در دستگاه مخصوص آزمون قرار داده مي شود و سر دستگاه به حركت در مي آيد اين امر در شكل 17-6 نشان داده شده است.

بار كششي يا همان نيرو را بايك نرخ ثابتي اعمال مي كنيم. تغيير در نرخ اين نيرو باعث تغيير در نتايج آزمون مي گردد. قبل از بارگذاري، قطعه اي كه به عنوان exten someter معروف است به قطعه در نشان گر gauge طولي نصب مي گردد. در حين اعمال نيرو exten someter تعداد تغيير طول قطعه را محاسبه مي كند. هر دو داده نيرو و درصد تغيير طول در يك نمودار به عنوان تغييرات در طول به عنوان تابعي از نيرو رسم مي گردد اين به اسم نيرو و منحني تغيير طول معروف مي باشد. و به اين گونه محاسبه مي شود كه نيروي اعمال شده را بر مساحت مقطع تقسيم مي كنيم. كرنش تعداد كش آمدگي در طول داده شده مي باشد. تنش بر حسب بيان مي گردد. در حالي كه كرنش يك تعداد بدون بعد است كه بر حسب in/in مي باشد. هنگامي كه آزمون را براي فولاد نرم به كار بريم نتايج شكل 18-6 به دست مي آيند.

نمودار تنش – كرنش چندين مشخصه مهم را نشان مي دهد كه مورد بحث قرار مي گيرد. آزمايش از موقعي شروع مي شود كه تنش و كرنش هر دو صفر است. هنگامي ك نيرو اعمال مي گردد، كرنش همواره با افزايش تنش به صورت خطي زياد مي شود. اين منطقه همان ناحيه اي است كه قبلا به عنوان ناحيه الاستيك معرفي شد كه تنش با كرنش متناسب بود. براي هر ماده داده شده، شيب اين خط يك تعداد ثابت است اين شيب در مدول الاستيسيته ناميده مي گردد.

براي فولاد مدول الاستيسيته (يا مدول يانگ) در دماي اتاق تقريبا psi 3000000

در مقابل 10500000 براي آلومينيم مي باشد. در واقع عددي كه در اينجا معري مي گردد بيان گر سختي يك ماده مي باشد هر چه سختي آن ماده بيشتر باشد به معني آن است كه مدول الاستيسيته بيشتري دارد. سرانجام، كرنش افزايش سريعتري را نسبت به تنش آغاز مي نمايد و به معني آن است كه كرنش بيشتري در برابر يك تنش مشخص انجام گرفته است. اين نقطه پايان محدوده الاستيك و شروع منطقه پلاستيك يا تغيير شكل دائمي است. نقطه نشان داده شده در منحني نشان دهنده حد تناسب يا حد الاستيك مي باشد. اگر نيرو تا قبل از رسيدن به اين نقطه برداشته شود، قطعه به طول اوليه خود باز ميگردد. شكل 18-6

بسياري از فلزات يك تغيير در رفتار الاستيكي خود به محض رسيدن به اين نقطه از خود نشان مي دهند همان طور كه كه در شكل 18-6 نشان داده شده است تنش و كرنش ديگر با هم تناسب ندارند. اما با وجود افزايش زيادتر كرنش، تنش يا ثابت مي ماند و يا افزايش كمتري دارد. در فولادهاي ضربه پذير يا چكش خوار مشخصه اي از تسليم مي باشد. تنش تا يك مقدار ماكزيمم صعود كرده و سپس تا يك مينيمم نزول مي كند.

اين حدود به نقاز تسليم بالا و پائين باز مي گردند. نقطه تسليم بالاؤ تنشي است كه در آن نقطه افزايش در كرنش قابل توجه است و يا جريان پلاستيك داريم بدون اين كه در تنش افزايش داشته باشيم. از اين به بعد تنش افت پيدا مي كند و تا رسيدن به نقطه تسليم پايين ثابت مي ماند در حالي كه كرنش مرتباً افزايش يافته و اين تعداد افزايش يافته طول، نشان دهنده تغيير طول نمونه مي باشد. براي فلزي كه چنين رفتهري از خود نشان مي دهد، استحكام تسليم، تنشي است كه با نقطه تسليم بالا مطابقت مي كند و يا با نقطه اي كه در بين نقطه تسليم بالا و نقطه تسليم پائين واقه مي باشد. در همين انجام آزمون كشش، نقطه تسليم به عنوان يك افت در وسيله نمايشgauge قابل مشاهده است. استحكام تسليم را مي توان با كاهش در كاهش نيرو مشاهده كرد. در حين پديده تسليم، جريان پلاستيك فلز در چنان نرخي افزايش مي يابد كه تنشها با نرخي بيشتر از آنچه كه تشكيل مي گردند رها مي شوند. وقتي كه اين جريان پلاستيكي رخ مي دهد، مي گوييم كار سرد رخ داده است. در اين فرآيند قطعه سخت تر و مستحكم مي گردد و مي گوييم روي قطعه كار سختي انجام گرفته است.

بنابراين تسليم، تا نقطه اي پيش مي رود كه براي افزايش طول نقطه بايستي مقدار بيشتري تنش به آن اعمال گردد. مطابق اين امر، منحني شورع به صعود در يك مسير غير خطي مي نمايد. تنش و كرنش تا مقداري افزايش مي يابند كه به يك تنش ماگزيموم برسند. اين نقطه به عنوان تنش ماگزيموم شناخته مي گردد و يا استحكام تسليم نهايي گفته مي شود. شكل 6-19 نقطه اي را نشان مي دهد كه شامل اين مرحله مي باشد و شامل يك افت دركرنش است در حالي كه كرنش نيز نرخ صعودي طي مي كند. (منحني مهندسي) شكل 6-19

اين پديده به خاطر ايجاد گلويي شدن ميباشد و بنابراين سطح مقطع واقعي به كار رفته كمتر از سطح قطعه مي باشد. اگر تنش برحسب مقطع معمولي محاسبه گردد نشان مي ده كه نيرو وقتي كه تنش برحسب psiافزايش يافته است، كاهش مي يابد. منحني تنش در كرنش درست و واقعي رسم مي گردد. يك مقايسه بين اين درست و منحني مهندسي كه قبلاً توضيح داده شد در شكل6-19 نشان داده شده است. اين منحني نشان مي دهد كه كرنش قطعه همچنان افزايش مي يابد و در حالي كه تنش نيز افزايش يافاه است. اين منحني واقعي نشان مي دهد كه شكست زماني رخ مي دهد كه تنش و كرنش هر ددو ماگزيموم گردند. براي مواد با چكش خواري كمتر نمي توان منطقه مشخصي را بين ناحيه الاستيك و پلاستيك تعيين نمود.

بنابراين روش drop-beam را نمي توان براي تعيين استحكام اين مواد به كار برد. يك روش ديگر روش offset باز مي گردد. شكل 6-20 رفتار تنش – كرنش را براي مواد با چكش خواري كمتر نشان مي دهد.

وقتي روش offsetرا بكار مي بريم، يك خط موازي با جدول الاستيسته در يك كرنش از قبل تعيين شده كشيده مي گردد. ميزان كرنش معمولاً برحسب درصد بيان مي گردد. شكل 6-21 نشان مي دهد كه چگونه از 0.2 % كرنش براي كشيدن اين خط استفاده مي كنيم. تنش منطبق بر تقاطع اين خط كشيده شده با منحني تنش- كرنش به عنوان تنش تسليم معرفي مي گردد. بايستي گزارش شود كه از نقطه0.2 %كرنشخط كشيده شده است تا ديگران نيز بر اين مطلب آگاه باشند.شكل 6-21. آخرين نكته از اطلاعاتي را كه مي توان از منحني تنش- كرنش بدست آورد ميزان تافنس نشان داده شده توسط فلز مورد آزمايش مي باشد. ياد آور مي شويم كه تافنس يا چقرمگي ميزان توانايي جسم در جذب انرژي است. همچنين شما مي توانيد براي بارهاي پايدار، تافنس را مي توان از طريق محاسبه سطح زير منحني تنش- كرنش بدست آورد. بنابراين يك فلز با منحني تنش- كرنش با مقادير بالا داراي چقرمگي بيشتري نسبت به يك فلز يا منحني تنش- كرنش و مقادير پائين است. شكل 6-22 يك مقايسه بين دياگرام تنش- كرنش براي فولاد فنري كربن بالا و يك فولاد ساخته فنر است. اگر مساحت زير منحني هر دو ماده با يكديگر مقايسه شوند واضح است كه مساحت زير نمودار فولاد ساختماني بسيار بيشتر است اگرچه فولاد فنري استحكام كششي بيشتري را از خود نمايش مي دهد. بنابراين واضح است كه فولاد ساختماني فلز چقرمه تري است. در پي ادامه بحث آزمايش كشش واقعي اكنون لازم است تا چكش خواري يك ماده را اندازه گيري نماييم . اين امر به دو طريق بيان مي شود. درصد تغيير طول و درصد كاهش مساحت سطح. هر دو روش شامل اندازه گيري قبل و بعد از آزمايش مي باشد. براي تعيين درصد تغيير طول، لازم است كه از يك gauge قبل از وارد نمودن تنش به قطعه استفاده نماييم. بعد از اين كه قطعه دچار شكست شد، دو قطعه جدا شده را به يكديگر مي چسبانيم فاصله جديد بين دو gauge اين فاصله را نشان مي دهد. با داشتن اعداد طول اوليه و طول نهايي بين نشان گرهاي gauge، قادريم تا درصد تغيير طول را همچنان كه در مثال 5 آروده شده است بيان نماييم.

مثال 5: (تعيين درصد تغيير طول): طول اصلي gauge = 2.0 in

طول نهاييgauge 2.6 in=

طول اصلي – طول نهايي

%تغيير طول= ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ـــــــــــــــــــــــــــــــــ × 100

طول اصلي

% تغيير طول

چكش خواري را ميتوان از طريق محاسبه ميزان گلويي شدن در حين آزمون كشش بيان كرد. اين امر به درصد كاهش مساحت بر مي گردد. بدين گونه كه ميزان مساحت سطح مقطع قطعه نمونه آزمون كشش را در قبل و بعد از آزمون اندازه گيري كرده و بايكديگر مقايسه مي كنيم. مثال6 اين محاسبات را نشان ميدهد.

 مثال 6:

تعيين درصد كاهش مساحت (% RA): مساحت اوليه=0.2 in² مساحت نهايي0.1 in²

مساحت نهايي – مساحت اوليه

%كاهش سطح = ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ـــــــــــــــــــــــــــــــــ × 100

مساحت اوليه

 وقتي كه هر دو عدد به دست آمده از طريق درصد افزايش طول و كاهش مساحت را با يكديگر مقايسه مي كنيم به ندرت اين دو عدد با يكديگر برابر مي شوند. معمولاً درصد كاهش سطح تقريباً دو برابر درصد افزايش طول مي باشد.

 درصد كاهش سطح همچنين بيان كننده عبارتي براي تعيين چكش خواري يك فلز در اثر وجود يك شيار مي باشد. به هر حال، بايستي درصد تعغيير طول مشخص شده را بيابيم اگر فقط از يك روش استفاده مي كنيم.

 تست سختي:

سختي ميزان مقاومت يك ماده در مقابل نفوذ يك شي مي باشد. سختي يك فلز تقريبي براي استحكام آن ماده مي باشد. تست سختي با استفاده از يك سري نافذ كه بر روي سطح نمونه فشرده مي شوند انجام داده مي گردد.

بسته به نوع آزمون سختي انجام شده حتي عمق شي نفوذ كننده و قطر آن نيز اندازه گيري مي گردد. سختي را مي توان حتي به وسيله يك سري دستگاه هاي آلتراسونيك اندازه گيري كرد اما مبحث فوق فقط به روش هاي توضيح داده شده قبل محدود مي گردد. سختي يك فلز را براحتي مي توان تعيين نمود. روشهاي بسيار زيادي براي تعيين عدد سختي وجود دارد. اين گرو هآزمايش هاي تعيين سختي، عبارتند از: برنيل، راكول، ميكرو سختي.

در كل تفاوت هر سه روش به تفاوت سطح مقطع حفره ايجاد شده در هر نوع بستگي دارد. حفره ايجاد شده درروش برنيل بزرگ ترين و در ميكرو سختي كوچكترين حفره را داريم. روش برنيل، به طور كلي براي تعيين سختي فلزات سخت استفاده مي شود. زيرا ناحيه ايجاد شده در اثر نفوذ وسيع مي باشد. مشكلاتي كه در اثر وجود نقاط نرم و سفت در قطعه وجود دارد ديگر نداريم. به طور كلي از نيروهاي بزرگ براي تست برنيل استفاده مي گردد و اشتباها و خطاهاي ايجاد شده در اثر ناهمگوني سطح بسيار كم مي گردد. براي انجام آزمون برنيل، ابتدا بايستي سطح را آماده سازيم. براي اين كار لازم است تا سطح سنگ زني و يا شن پاشي گردد تا يك سطح صاف براي انجام آزمون داشته باشيم. سطح بايستي صافي لازم را براي نفوذقطعه نافذ و اندازه گيري اثر آن داشته باشد. براي انجام آزمون برنيل، نافذ را توسط يك نيروي زياد در سطح قطعه مي فشاريم. يك بار اين نيرو را بر مي داريم و توسط يك ذره بين ابعاد حفره ايجاد شده را مي خوانيم.برحسب اندازه و نوع نافذ، و قطر نهايي اثر ايجاد شده، عدد سختي برنيل (BHN ) را مي توان تعيين نمود. به دلييل اين كه نافذ هاي آزمايش BHN مختلف مي باشند، از روابط رياضي براي تعيين سهتي برنيل استفاده مي گردد. همچنين سختي برنيل را مي توان به استحكام فلز نيز ربط داد. براي فولاد كربني عدد BHN را در عدد500 ضرب نموده و حاصل تقريباً با استحكام فولاد كربني برابر مي باشد. اين رابطه براي الياژها بكار نمي رود و فقط براي فولاد كربني و فولادهاي كم آلياژي معتبر مي باشد.

در تست سختي برنيل معمولاً ازيك كره يا ساچمه به قطر 10 ميايمتر كه سخت كاري شده است و نيروي(icg)3000 بر سطح قطعه فشرده مي شود انجام مي گيرد. همان طور كه شزايط انجام آزمايش تغيير مي كند مانند سختي نمونه و ضخامت آن، تغييراتي در نوع و قطر ساچمه استفاده شده و نيروي به كار رفته نيز انجام مي گيرد. انوا ديگر ساچمه كه مي توان در اين آزمايش استفاده كرد، شامل ساچمه فولادي سخت شده به قطر 5 ميليمتر و گلوله كارليبر تنگستني داراي 10 ميليمتر قطر مي باشد. براي فلزات نرم ميروي 500 كيلو گرمي استفاده مي گردد. بارهاي ديگراز 500 تا 3000 كيلوگرم را با نتايج مشابه مي توان استفاده كرد. انجام آزمايش با روش برنيل. شامل يك چكش سقوطي براي اثر بر روي قطعه و مي قطعه آزمايشي به عنوان كاليبرلسيون مي باشد. سختي قطعه با مقايسه قطر اثر و قطر اثر ايجاد شده برروي قطعه كاليبراسيون شده به دست مي آيد.

BHN به طور معمولي توسط اندازه گيرقطر اثر با ميزان خوانده شده از جدول (6-23 ) به دست مي آيد.

 0000 طي شده براي سختي BHN عبارت اند از: 1- آماده ساز سطح نمونه 2- اعمال بار لازم 3-نگهداريبار يا نيرو براي زماني مشخص 4- اندازه گيري قطر اثر ايجاد شده 5- تعيين BHN از جدول.

يك نكته مهم قابل توجه در روش بالا احتياج به نگهداشتن نيرو براي يك زمان مشخص بر روي سطح قطعه بود. براي آهن و فولاد، اين زمان بين 10 تا 15 ثانيه مي باشد. فلزات نرم تر احتياج به زمان تقريباً 30 ثانيه دارند. وقتي كه از مدلهاي قابل حمل استفاده مي گردد، اين زمان نگهداري توسط يك نيروي هيدروليكي بر روي قطعه تامين مي گردد.

در ديگر روشها ي آزمايش، ممكن است از ضربه استفاده شود و ديگر احتياج به نگهداري نيرو بر روي قطعه نداريم.

از روش شرح داده شده در آزمايش مي توان پي برد كه تست برنيل چقدر آسان مي باشد. با وجود سادگي آن، نتايج آزمايش مي تواند بسيار دقيق باشد، اما احتياج به رعايت دقيق هر مرحله در مراحل مختلف آزمايش مي باشد.

جهت اطلاعاات اضافيؤ با توجه آزمايش برنيل و رجوع به استاندارد ASTM E10، مي توان از روش هاي استاندار تست برنيل در مورد فلزي آگاه شد. اكثر مواقع، جهت تست قطعات بسيار بزرگ لازم است آنها را در ايستگاه يك ماشين تست برنيل قرار دهيم. در اين موارد، از يك ماشين تست سختي قابل حمل و نقل استفاده مي گردد. اين ماشين ها در شكل هاي مختلفي ارائه شده اند. اكا اصل و اساس آزمايش در همگي آنها يكي مي باشد.

نوع ديگر تست سختي، آزمون تست راكول مي باشد. اين روش شامل استفاده از نافذهاي مختلف و با قطرهاي متفاوت مي باشد كه تغييراتي در اصل روشهاي استفاده شده داده شده است. نافذ الماسي كه در شكل6-24 نشان داده شده است و ساچمه هاي كروي داراي ابعاد اينچ مي باشد. آزممون راكول با نافذهاي كوچكتري نسبت به تست برنيل انجام ميگيرد و اجازه مي دهد كه آزمايش را در يك سطح كوچكتري نيز انجام داد. با استفاده از يك از اين نافذها مي توان از نيروهاي مختلفي براي اكثر فلزات استفاده كرد. نيروهاي به كار رفته داراي مقادير كمتري نسبت به روش برنيل مي باشند كه داراي محدوده 60 تا 150 كيلوگرم مي باشد. گروهي از روشهاي تست راكول وجود دارد كه به عنوان تست سختي سطح انجام مي گيرد. اين روشها جهت تعيين تست سختي ورق ها و كابلها و سيم ها استفاده مي گردند. بنابراين نيروي به كار رفته داراي مقادير كمتري نسبت به ديگر روشهاي راكول مي باشد.

 جهت استفاده از تست سختي راكول، بايستي سطوح قطعات نازك را آماده كرد با استفاده از يك تكينك خوب مي توان به نتايج دقيقي دست يافت. هنگامي كه قطعه آماده مي گردد، يك مقياس مناسب با توجه به سختي تخميني براي قطعه انتخاي مي گردد. مقياسهاي B وC كار برد هاي بيشتري دارند كه B براي آلياژهاي نرم تر و مقياس C براي انوا سخت تر مي باشند. هنگامي كه در مورد آلياژ مورد آزماييش شك و ترديد داريم، بهتر است از نوع A استفاده گردد.زيرا كه داراي محدوده هاي سختي مي باشد نوع B و C را پوشش مي دهد. جدولهاي تبديل براي از يك مقياس به يك مقياس ديگر مهيا شده است. هنگامي كه مقياس مناسب انتخاب شد، واحدهاي تست كاليبر، گرايه، قطعه در محل خود بر روي سندان يا ميز ماشين قرار داده مي گردد. سندان ماشين مي تواند داراي شكلهاي متفاوتي باشد كه بستگي به قطعه مورد بررسييي دارد. دقت آزمون راكول بستگي شديدي به دقت قطر و عمق نفوذ شي نافذ دارد. بنابراين اگر قطعه مورد بررسي به خوبي آزمايش و اندازه گيري نشود، نمي توان نتايج خوبي را از آنان انتظار داشت. تغيير در ميزان اندازه گيري قطر به مقدار 0.. 00008 اينچ مي توان تغيير به ميزان يك واحد را در نتيجه آزمايش داشته باشد. اشكالي ندارد كدام يك از مقياس هاي راكول استفاده مي گردد زيرا اصول آزمايش همگي آنها يكسان مي باشند كه در زيرآمده است:

 آماده اسزي سطح 2- گذاشتن قطعه نمونه در محل خود 3- اعمال نيروي كم با استفاده از يك اينچ با برنده 4- اعمال نيروي سنگين تر 5- رها كردن نروي زياد تر 6- خواندن اعداد شماره ها 7- اعمال بار كمتر و سپس برداشتن نيرو. بار خفيف براي اين استفاده مي شود كه لقي سيستم را بگيرد و دقت انجام آزمون را افزايش دهد.

شكل 6-27 به طور تصويري مراحل انجام هر گام را نشان مي دهد. 6-23 نتايج بدست آمده از آزمون راكول را مي توان با آزمون برنيل و سپس به استحكام كششي قطعه ربط داد.

1. براي اطلاعات بيشتر در مورد آزمون راكول به استانداردASTEM E18، روشها استاندارد سختي راكول و آزمون سختي سطح راكول مراجعه شود. مشابه آزمون برنيل، unit هاي قابل حمل وجود دارد كه از آنها جهت تعيين سختي راكول يك فلز مي توان استفاده كرد. اگرچه نوع كاربرد آنها با يكديگر فرق دارد ولي نتاي حاصله يك خواهند بود. نوع ديگر سختي كه در اينجا بحث مي شود سختي ميكرو مي باشد. بدليل اين اسن روش را سختي ميكرو گذاشته اند كه اثر ايجاد شده برروي سطح نمونه
   

بسيار كوچك مي باشد و از بزرگ كننده هاي مخصوص براي خواندن و اندازه گيري اعداد استفاده مي شود.

سختي ميكرو، در تعيين ميكرو ساختار قطعه بيار مهم است. زيرا مي تواند بر روي يكي از دانه هاي فلز انجام مي گيرد و اطلاعات خوبي از ميكرو ساختار آن به ما دهد. بنابراين، يك متالوژيست، علاقه خاصي به اين آزمايش دارد.

  دو نوع اصلي از سختي ميكرو وجود دارد، كه سختي ويكرز و نوپ مي باشند. هر دو از نافذهاي الماسي استفاده مي كنند اما شكل و ابهاد آنها با يكديگر فرق مي كند نمودار هر دو اثر نافذ در شكل 6-25 نشان داده شده است. 6-25 اثر مربعي نافذ ويكرز يك دندانه را در سطح قطعه ايجاد مي كند كه داري دو قطر مساوي مي باشد. نافذ نوپ، اثري ايجاد مي كند كه داراي دو اندازه قطري كوچك و بزرگ مي باشد.

  با استفاده از روشهاي ديگر شما مي توانيد انتخابي از نيروهاي آزمايش به خوبي انواع نافذها داشته باشيد. معني كلمه سختي ميكرو يعني اين كه ميزان بار بكار رفته از 1 تا 1000 گرم مي باشد. به هر حال اكثر تست هاي ميكرو سختي، از نيروهاي بين 100 تا 500 گرم استفاده مي كنند. جهت انجام هر دو تست ميكرو سختي نوپ و ويكرز، آماده ساز مهمترين پارامتر مي باشد. حتي يك ناهمگوني كوچك در سطوح، مي تواند باعث عدم دقت گردد. معمولاً براي آزمون ميكرو سختي، سطح نمونه را طوري آماده مي كنند كه مي خواهد تحقيقات متالوژيكي بر روي آن انجام دهندو اهميت انجام اين مرحله و پرداخت سطحي به اين دليل است كه نيروي بكار رفته را كاهش دهيم. بعد از آماده سازي سطح نمونه را بر روي ميكچر مخصوص و يا گيره جهت اعمال بار و پائين آمدن نافذ قرار مي دهيم.

  اكثر ماشينهاي تست ميكرو سختي از يك حركت مرحله اي براي قطعه كار كمك مي گيرند تا ديگر نيازي به جابجايي و يا تنظيم دوباره قطعه نباشد. اين وسيله ها وقتي براب خواندن تعدادي عدد در سطح نياز ااست بسيار مفيد مي باشد. يك مثال از اين كاربرد، تغييرات سختي و اندازه گيري آناه در طول مسير يك يك جوش در ناحيهHAZ مي باشد. نتيجه را مي توان به تبديل ميكرو سختي نيز ارجاع داد. مراحلي كه در تست ميكرو سختي انجام مي شود در زير آورده شده است. 1- آماده سازي نمونه 2- قرار دادن نمونه در ميكچر نگهدارنده 3- موقعيت دادن سطح دلخواه با استفاده از ميكروسكوپ 4- انجام اثر گذاي بر روي سطح 5- اندازه گيري اثر گذاشته شده بر روي سطح 6- تعيين ميزان سختي با استفاده از جدول يا محاسبات مستقيم. استفاده از تست سختي اطلاعات زيادي را در مورد يك فلز به ما مي دهد به هر حال روش آزمايش با كاربرد قطعه داده شده معين مي گردد.

 تست چقرمگي يكي ديگر از خواص فلز تافنس يا چقرمگي مي باشد. شما ياد گرفته ايد كه تافنس ميزان قطعه در جذب انرژي مي باشد. وقتي كه تست استحكام كششي توضيح داده شد، به شما گفته شد كه تافنس يا چقرمگي ماده را مي توان از سطح زير منحني تنش- كرنش بدست آورد. اين مقداري از انرژي است كه توسط فلز مي تواند جذب گردد وقتي كه بار به آرامي بر آن اعمال مي شود. به هر حال، در هنگام توضيح چقرمگي، شما به خاطر داريد كه وقتي نيرو به سرعت اعمال گردد، مفهوم را به عنوان چقرمگي در نظر مي گيريم يا استحكام ضربه مي ناميم. توضيحي كه در زير آمده است روشهايي است كه توسط آنها مي توان خاصيت يك فلز را تعيين نمود. بنابراين، آزمايشهاي مختلف استفاده شده در تعيين چقرمگي شيار شامل استفاده از ماشين ها و قطعه اي كه بر روي آن يك شيار انداخته ايم و استفاده از نيروهاي سريع و ضربه اي ميباشد. از قبل به ياد داريد كه دماي قطعه تاثير مستقيمي ب نتايج آزمايش دارد. بنابراين آزمايش را بايستي در همان دماي كاري قطعه انجام داد. از هنگام پديد آمدن تست ضربه يا چقرمگي با وجود شيارؤ روشهاي آزمايش گوناگوني براي تعيين اين خاصيت از فلز پديد آمده اند. وقتي كه توانايي جذب انرژي يك فلز بيان مي گردد، بايستي فهميده شود كه فلز انرژي را در مراحل مختلفي جذب مي كند. اول اين كه، بايستي انرژي به ميزان كافي باشد تا ترك آغاز نمايد. سپس انرژي اضافي لازم است تا باعث شود كه ترك رشد كند و در سراسر قطعه پخش گرددبرخي از آزمايشهاي تعيين چقرمگي مي توانند ميزان انرژي لازم براي ايجاد ترك را به طور مجزا از انرژي لازم براي انتشار ترك در قطعه اندازه گرفته در حالي كه ديگر روش ها هر دو انرژي را با يكديگر اندازه مي گيرند اين امر بسته به نظر خود مهندسي دارد تا چه روشي را براي كار خود انتخاب كند. گرچه تعداد زيادي از آزمايشهاي تعيين چقرمگي وجود دارد، اما معمول ترين آنها انجام آزمايش شيارV چارپي است. قطعه استانداردي كه براي اين آزمايش لازم است يك ميله55 ميليمتري با سطح ممقطع مربعي10×10 مي باشد. در امتداد يك از ضلعهاي قطعه به دقت شياري V شكل به عمق 2 ميليمتر ايجاد كرده اند در انتهاي اين شيار يك شعاع به ميزان 0.25 ميليمتر به دقت انداخته اند. ماششين كاري اين شيار بسيار بحراني مي باشد. زيار مقدار كمي تغيير در آن باعث ايجاد تغيرات زيادي در نتايج به دست آمده مي گردد. نمونه استاندارد چارپي در شكل6-28 آمده است6-28.

اندازه هاي سطح مقطع ك.چكتري در مواقعي كه قطعه مورد استفاده كوچك باشد شامل ميزان استاندارد مي باشند. ميزان 2.5,5,7.5 ميليمتر مي باشد.هنگام استفاده از اين ابعاد بايستي احتياط كرد زيرا اطلاعات به دست آمده از نمونه هاي با ابعاد توضيح داده شده ميزان بالاتري نسبت به اطلاعات به دست آمده از نمونه استاندارد دارند. بنابراين ابعاد كمتر از ميزان استاندارد z و نتايج آنها را نبايستي با اطلاعات حاصل از آزمون استاندارد مقايسه كرد مگر اين كه نيروهاي به كار رفته را تصحيح نماييم.

 استانداردASTEM در بخش E23 جزئيات آزمون ضربه را بيان كرده است. هنگامي كه قطعه را به دقت ماشين كاري كرديم، بايستي آن را تا دماي مورد نظر سرد نماييم. البته در شرايطي كه دماي كاري زير دماي اتاق باشد. اين را مي توان با استفاده از برخي مايعات يا گازهاي موجود انجام داد. مخلوط آب و يخ معمولاً براي دماهاي سرد معمولي به كار مي رود و يخ خشك و استون را براي دمايهاي خيلي پايين استفاده مي كنند. وقتي كه قطعه در دماي لازم قرار گرفته شد آن را به آرامي بر روي سندان ماشين آزمايش قرار مي دهيم. نوع قرار گيري قطعه و سندان درشكل 6-29 آورده شده است. شكل6-29 ماشين استفاده شده در انجام تست ضربه در شكل6-30 نشان داده شده و شامل يك پاندول همراه يك سر ضربه زننده و يك سندان، اهرم رها شده و يك نشان گر همراه با يك مقياس مي باشد. 6-30

 از آنجائيكه ما علاقه داريم تا ميزان انرژي جذب شده توسط نمونه را تا لحظه شكست بدست آوريم ميزان انرژي مورد نظر را مي توان توسط ارتفاع بدست آمده پاندول تعيين كرد. پس از رها شدن، پاندول به طرف پائين حرك خواهد كرد و پس از شكستن ماده در طرف ديگر تا ارتفاع مشخصي بالا خواهد رفت.

اگر پااندول به جسمي برخورد نكند تا جايي بالا مي رود كه به علامت صفر مي رسد يعني ميزان انرژي جذب شده صفر است ولي وقتي با نمونه چارپي برخورد مي كند، مقداري انرژي لازم است تا صرف شكستن نمونه گردد. اين امر باعث مي گردد پاندول به ارتفاع كمتري از ميزان قبل برسد. اين ميران از ارتفاع تئسط يك نشان گر در طرف ديگر نشان داده مي شود. وقتي كه اين مقياس كاليبره شده باشد. ما مي توانيم اين ميزان انرژي مورد نياز را مستقيماً توسط نشان گر بخوانيم. اين مقدار به انرژي شكست بر مي گردد و اولين اطلاعاتي است كه راجع به تست ضربه چارپي مي توان به دست آورد. اين انرژي برحسب فوت بر پوند ار انرژي جذب شده بيان مي گردد. وقتي كه اين انرژي برحسب فوت بر پوند بيان مي گردد مفاهيم ديگري براي توضيح حساسيت به شكاف و تافنس شكاف وجود دارد و با توجه به شكست نمونه چارپي و مشخصه هاي آن به دست مي آيند.

اين مقادير به عنوان تغيير شكل جانبي و درصد برش معروف اند. تغيير شكل جانبي نوسط اندازه تتغيير شكل نمونه در حين شكست به دست مي آيد. برحسب mix يا هزار inch بيان مي گردد. درصد برش يك عبارت براي ميزان شكست سطحي است كه به طور نرم يا برش خورده اتفاق مي افتاده است. اشكالي ندارد كه اين روشهاي اندازه گيري را استفاده كرد زيرا معمولاً يك سري آزمايشها را در نظر مي گيريم. وقتي كه يك سري از نمونه ها را در دماهاي مختلف تستس كرديم مي توانيم تعيين كنيم كه با تغيير دما چه تغييري در نتايج به دست مي آيد. اگر ما اين مقادير را برحسب دما در يك نمودار رسم كنيم يك منحني به دست مي آوريم كه يك ناحيه بالا و پائين و يك منطقه مياني تقريباً عمودي دارد. براي هر دسته از اندازه گيريها، دماهايي وجود دارند كه مقادير به طور ناگهاني افت مي نمايند. به اين دماها دماي تبديل مي گوييم كه يعني رفتار ماده از نرم به ترد تغيير مي يابد. طراح بايستي بداند كه فلز رفتار رضايت بخش تري را در بالاي اين دما از خود نشان مي دهد. مثالي از اين منحني هاي تبديل در شكل 6-31 نشان داده شده است.

علاوه بر تست چارپي، انواع ديگري وجود دارند كه در كاربردهاي ديگر بكار مي روند. اين آزمايشها براي اندازه گيري تافنس شيار شامل افتادن يك وزنه براي چكش خواري، bulg انفجاري؟ برش ديناميكي و باز شدن يك ترك (CTOD) به كار مي روند. اين آزمايشها از انواع مختلف نمونه ها و همچنين مقادير پراكنده هاي از نيروها استفاده مي كنند.

آزمون سلامت قطعه:

اين گروه از آزمايشات براي كمك به تعيين سلامت يك قطعه معرفي شده اند. آزمون هاي سلامت، براي تعيين ميزان توانايي ها و جوابگويي جوشكار و جوش انجام شده معرفي گشته اند. بعد از اين كه يك نمونه از قطععه جوشكاري شد. نمونه را براي آزمايش سلامت و اين كه آيا فلز جوش حاوي عيوب مي باشد تسن مي كنند. سه نوع از تست هاي مخرب سلامت وجود دارد. خمش، شكست ترك و شكست fillet (براي تعيين سلامت قطعه از تست ها غير مخرب نيز مي توان استفاده كرد، روش هاي مورد استفاده UTو RT مي باشند.)

اولين نوع تست خمش است و مي تواند به طرق مختلفي انجام گيرد. اين نوع تست رايج ترين نوع ممكن براي بررسي توان 0000 مشخص جوشكار مي باشد. انواع مختلف تست خمش معمولاً برحسب جهت جوش با توجه به خمش انجام گرفته، انجام مي گيرند. سه نوع از نمونه هاي ج.ش خم شده وجود دارند. خمش سطح، ريشه و گوشه. با اين سه نوع، جوش در امتداد محور طولي نمونه قرار گرفته و نوع آن به گوشه يا بغل جوش كه در حين كشش تحت بار قرار گرفته است بر مي گردد. آن يعني، گوشه جوش در سطح خمش كش آمده و ريشه جوش تحت خمش ريشه اي واقع شده است و گوشه سطح مقطع جوش در خمش كناري واقع شده است. شكل 6-32 كش آمدن اين سه نوع از نمونه هاي خمش را نشان مي دهد. آزمون خمش معمولاً با استفاده از برخي 00000 خمش انجام مي گيرند. سه نوع مختلف از آنها موجود است: خمش راهنمادار، خمش نورد شده مجهز به راهنما و خممش همراه با كمربند 0000 خمشي راهنما دار استاندارد، در شكل6-33 نشان داده شده است و شامل يك توپي و قاب مي باشد.كه نمونه را از حالت صاف به حالت مشكل در مي آورد. براي انجام تست خمش، نمونه را بر روي شتنه هاي قالب در جهتي قرار مي دهند كه سطح كشش در جهت قالب باشد. آنگاه توپي به سمت پائين حركت كرده و به سطح قطعه فشار آورده و باعث خمش 180 درجه قطعه شدو آن را به شكل U در مي آورد. نمونه را سپس برداشته و بررسي و تحليل مي نمايند.

نوع دوم از خمش هاي راهنمادار و 0000 آزمايشي مشابه 00000 خمش راهنمادار استاندارد مي باشند به جز اين كه به يكroller به جاي شانه هاي سخت شده قالب مجهز است. اين امر اصطكاكبر خلاف جهت نمونه بالا برده و بارهاي كمتري را براي رسيدن به خمش ميسر مي سازد. سومين نوع مرسوم جيگ هاي خمش به جيگ هاي كمر بنددار معروف اند.به اين دليل نام آنرا اين طور انتخاب كرده اند كه، نمونه با خم شدن دور بك پين به شكل كمربند در مي آيد و در شكل6-34 نشان داده شده 6-34 برخي از توانايي هاي جوش براي فلز فولاد نرم احتياج به اين دارد كه نمونه دور يك ماندول همراه با قطري چهار برابر ضخامت نمونه پيچيده گردد. بنابراين يك نمونه اينچي به دور يك ماندول با قطر اينچ پيچيده مي گردد. اين باعث تغيير طول 20%سطح بيروني نمونه خوش مي گردد. اگر يك ماندول خمش كوچكتر استفاده گردد، درصد تغيير طول افزايش مي يابد. در تست كيفيت كه فلز جوش بايستي بسيار محكم تر از فلز پايه باشد، ممكن است نمونه تمايل به پيچيده شدن در فلز مجاور فلز جوشي داشته باشد. تا اينكه اساساً ودرست به دور ماندول خم گردد. اگر جيگ كمربند شكل موجود نباشد، بهتر است از نمونه خو طولي استفاده شود تا از گونه هاي استاندارد بالا. هريك از اين تست هاي خمش، نمونه بايستي به دقت آماده شود تا از برخي بي دقتي ها جلوگيري گردد. هر سنگي زني ياSanding بايستي همان جهت سطح كششش انجام گرفته تا از لروز شكاه هايي كه باعث بالا بردن تنش مي گردند جلوگيري نمايد. اين امر باعث مي شود كه قطعه زودتر از آنچه كه بايد دچار شكست گردد. گوشه هاي نمونه بايستي شعاع زده شود يا پخ زده گردد تا از تمركز تنش در گوشه ها به خوبي جلوگيري نمايد. مقبولست تست خمش نمونه، معمولاً بر پايه اندازه و يا تعداد نا پيوستگي هاي نشان داده شده در سطح كشش معلوم مي گردد اين مشخصات باعث پذيرش يا عدم پذيرش آزمون مي شوند.

  نوع بعدي آزمون سلامت به عنوان شكست شيار مطرح مي گردد. اين آزمون به طور وسيع در صنعت تاسيسات مطالبقAPI 1104انجام مي گيرد. اين روش سلامت قطعه را توسط شكست نمونه در جوش ارزيابي مي كند و بنابراين سطح شكست توسط عيوب و ناپيوستگي هاي آن معلوم مي گردد. شكست در منطقه جوش با استفاده از برش در 2 يا 3 ناحيه انجام مي گيرد. يك نمونه شكست ها در اثر شكاف در شكل6-36 آورده شده است.6-36 .

 ووقتي كه نمونه تحت اثر برش نوسط اره قرار داده شد، در يك كشش تحت R كشش قرار ميگيرد و توسط يك چكش هنگامي كه دو يز آن درگيره است و يا توسط ضربه يك چكش هنگامي كه يك سر آن در گيره است مي شكند. روش شكست معلو نيست، زيرا علاقه ما در دانستن ااين كه چگونه شكست انجام مي گيرد نمي باشد. هدف شكست نمونه در منطقه جوش است و در اين صورت عيوب و نا پيوستگي ها نشان داده مي گردند. سطح شكست را براي وجود نا خالصي ها، يا ذوب نا كافي بررسي مي نمايند. اگر اين عيوب وجود داشته باشند، اندازه گيري مي گردند و آن گاه بر اساس محدوديت ها قطعه پذيرش يا عدم پذيرش مي گردد.

مواردي كه بايد در API 1104 رعايت گردد در شكل6-37 آمده است6-37 ..

 آخرين تست سلامت كه ذكر خواهد شدد تست شكستfillet جوش است. مانند دو نوع ديگر اين تست سلامت، براي بررسي ميزان تواننايي هاي شخص جوشكار به طور وسيعي استفاده مي گردد. اين تست تنها آزموني است كه براي مقايسه مهارت جوشكار يا AWS 0.1.1 انجام مي گيرد. شكست نمونه جوش fillet در شكل6-38 نشان داده شده است. 6-38

 وقتي كه جوش انجام يافت نمونه را يا بار گذاري مطابق شكل 6-39 ازمايش مي كنند. 6-39 با اين آزمايش بازرس در جستجوي سطحي است كه داراي ظاهر خوبي باشد. علاوه بر اين سطح شكست از اين جهت كه جوش از محاظ نفوذ فلز جوش در ريشه و درون فلز پايه چگونه است بازرسي مي گردد. بايستي مطمئن شد كه هيچ منطقه اي باقي نمانده است كه در آن ذوب به صورت كافي نفوذ نكرده است و يا آخالي به بزرگي اينچ در ماگزيموم ابعاد وجود نداشته باشد. اين تست سلامت به طور وسيعي در بسياري صنايع مورد استفاده قرار مي گيرد. به هر حال، بازرس جوش بايستي از نحوه بازرسي و ارزيابي اين آزمايشها مطلع باشد و اين كه ممكن است برخي از اين آزمايشها پيچيده باشند و برخي از موارد را بايستي رعايت نمود. به همين دليل، براي بازرس جوش مطلوب است كه مقداري وقت خود را بر روي انجام اين آزمايشها صرف كند تا با بازرسي و تفسير نتايج آشنا گردد. تست خستگي: آخرين تست مكانيكي كه بحث مي شود تست خستگي است. اين نوعي از آزمايش است كه ما را قادر مي سازد تا استحكام خستگي يك فلز را تعيين نمايم. بارگذاري خستگي يك بار گذاري متناوب است. تست خستگي به طراح كمك مي كند تا تعيين نمايد تا چه ميزان قطعه در مقابل خستگي مقاومت مي نمايد. هنگامي كه با بار گذاري خستگي مواجه است.معمولاً يك سري از آزمايشهاي خستگي تا رسيدن به حد تحمل فلز كامل مي گردند. تست را در تنشهاي مختلف انجاميمي دهند تا وقتي كه براي برخي از تنشها ديگر قطعه يك عمر نامحدودي را از خود نشان دهد. و به خاطر اين خستگي يك ماده به طور نسبتاً شديدي با نحوه پرداخت سطح در ارتباط مي باشد. تهيه كردن نمونه آزمون بسيار بحراني است. يك خراش و عيب گوچك مي تواند باعث تغييرات زيادي در نتايج آزمون گردد. بنابراين اگر دقت زيادي در هر مرحله صورت نپذيرد، نتايج حاصل معتبر نخواهد بود. تستها خستگي، به طرق مختلفي انجام مي پذيرند. يك آزمايش مشخص بسته به نوع كاركرد قطعه در محيط دارد. بارگذاري مي تواند خمش سطح، خمش دوراني، پيچش، كشش محوري، فشار محوري، و يا تركيبي از اينها باشد. وقتي بارگذاري در جهت افقي يا عمودي انجام مي گيرد سيكلها طوري است كه قطعه مرتباً تحت فشار و كشش است. اين امر در اكثر شرايط رخ مي دهد. بازرس جوش بايستي آگاه باشد كه جنبه هاي مختلف خستگي يك فلز چگونه اند اما به ندرت با تست هاي خستگي يك فلز برخورد مي كند.

 تست هاي مخرب براي خواص شيميايي يك فلز بسيار مهم مي باشند. در واقع، آرايش شيميايي يك فلز و عمليات حرارتي آن تعيين كننده اصلي خواص شيميايي يك فلز است. در اكثر مواقع لازم است كه ساختمان شيميايي يك فلز تعيين گردد. سه روش متفاوت موارد زير مي باشند: اسپكتروگرافي، احتراق، آناليز شيميايي مرطوب مي باشند. بازرس جوش به ندرت با آناليز اين روشها سروكار خواهد داشت. به هر حال او ممكن ااست مجبور باشد تا نمونه هايي را آماده سازد تا برروي آنها تحلي نمايد. براي اطلاعات بيشتر در مورد آناليز شيميايي يك فلز به استانداردASTM اين بخش مراجعه شود. يك روش مشخص كه براي فولادها استفاده مي گردد، آزمون هاي استاندارد و تمرينات براي محصولات فولادي و نحوه بررسيي و آناليز شيميايي آنها است. آناليز فلزات مي تواند توسط اشعه X و فلورسانس انجام گيرد. از آنجائي كه اين تكنيك به آناليز المان محدود مي گردد مي تواند در جداسازي آلياژها و تركيب آنها مفيد واقع گردد. وقتي كه فقط جداسازي لازم است، آزمون ها را مي توان برپايه خواص مغناطيسي و تغيير رنگ ها انجام داد همچنين واحدهاي اسپكتروگرافي قابل حما ونقلي موجود مي باشد وقتي كه زمينه دقيقتري از اطلاعات را مي خواهيم. گروه ديگر از آزمايشهايي كه به طور كل در تستس هاي شيميايي جاي مي گيرند، آزمون هاي سايش و خوردگي مي باشند. اينها آزمون هاي ويژه اي هستند كه براي تعيين ميزان مقاومت به خوردگي فلزات و يا تركيبي از انها استفاده گردد هر ساله ميليون ها دلار صرف جبران خوردگي فلزها مي گردد. يك تخمين ضرر 120 ميليون دلاري را حاكي مي باشد. براي طراحان بسيار مهم است كه يك فلزچه رفتاري را در يك محيط خورنده از خود نشان مي دهد. آزمون هاي مورد استفاده در تعيين مقاومت به خوردگي در شرايطي بسيار شبيه به شرايط كاركرد آنها انجام مي پذيرند. برخي ازاين ملاحظات كه بايستي رعايت گردند، ساختار شيميايي محيط خوردنده و دما، وجود رطوبت و يا وجود اكسيژن و ديگر فلزات و ميراان تنش است. اگر هر يك از اين شرايط، ناديده گرفته شوند، تست خوردگي نتايج غير معتبري را خواهد داد. آزمون متالوگرافي: راه ديگر درباره فراگيري خصوصيات يك فلز و يا جوش از طريق آزمونهاي متالوگرافي است.اي آزمايشها به طور اساسي از جدا كردن قسمتي از قطعه كار و يا جوش فلز و سپس پوليش كردن آن تا ميزان بالا تشكيل شده است. وقتي كه قطعه آماده شد آن را با چشم غير مصلح و يا استفاده از ميكروسكوپ تحليلي مي نمايند.

آزمونهاي متالوگرافي، عموماً به ميكروسكوپي و ماكروسكوپي دسته بندي مي گردند. آنها برحسب تغيير در بزرگ نمايي با يكديگر تفاومت دارند. ماكروتستهاؤ در بزرگ نمايي 10 برابر يا زير آن انجام مي گيرند. ميكرو تستها با بزرگ نمايي 10 برابر و يا 100 برابر و يا بيشتر انجام مي گيرند. تعدادي از مشخصه ها را مي توان در ماكروتست مشاهده نمود. سطح مقطع جوش را مي توان مثلاً براي تعيين ميزان نفود جوش مثال زده همچنين عمق نفوذ و گلويي موثر، تستس سلامت جوش و درجه ذوب، وجود برخي عيوب در جوش و ظاهر جوش و تعدادي ديگر مثل تعداد پاسها ي جوش را مي توان تعيين نمود.

نمونه هاي ميكروگرافي را براي تعيين مشخصه هاي مختلف مي توان به كار برد. شامل وجود آخال ها، وجود عيوب ميكروسكوپي وجود ترك هاي ريز و ديگر موارد. به طور مشابه نمونه هاي آزمون ميكروگرافي در شكل6-41 نشان داده شده است.6-41

تست هاي متالوگرافي هر دو مي توانند در آناليز خستگي و روش جوشكاري و توانمندي هاي اپراتور جوشكار مهم باشند. دو نوع از نمونه ها در ميزان آماده ساري نيز با هم فرق مي كنند. برخي نمونه هاي ماكرو براي سنگ زني غير دقيق مي توانند تا سطح 80 سنگ زني گردد ولي تست هاي ميكرو احتياج به نمونه هاي در حد 600 و ايجاد سطوح بسيار صاف دارند. هر دو احتياج به به اچ كردن دارند تا ساختمان آن را معلوم كند، اچ كردن توسط محلول اچ انجام مي گيرد كه لايه هاي سطح را بردارد و دانه هاي آن را معلوم كند. اطلاعات قابل ملاحظه اي درباره خصوصيات يك فلز با تست هاي ميكرو و ماكرو مي توان به دست آورد. تست هاي متالوگرافي ابزاري مهم براي طراح و بازرس مي باشند.

خلاصه: تعداد زيادي از جزئيات با انجام تستهاي مخرب در دسترس بازرس جوش قرار ميگيرد تا تصميم گيري را در مورد خصوصيات يك فلز انجام دهد. اگر چه بازرس مسئ.ليتي در قبلا انجام اين آزمايشها ندارد ولي مهم است كه او بداند كه چه اطلاعاتي را مي توان با انجام اين ازمون به دست آورد. اگرچه اكثر اين آزمون ها بسيار واضح به نظر مي رسند و خيلي از آنها به چشم نمي آيند. بنابراين، بازرس بايستي با افراد تجربه دار كار كرده قبل از اين كه خود اقدام به انجام دادن آنها نمايند.